1、 飛行器控制實驗教學中心飛行器控制實驗教學中心設(shè)備概述v 由深圳市元創(chuàng)興科技有限公司設(shè)計制作的飛行器姿態(tài)控制實驗系統(tǒng)，它采用通用運動控制器和PC機作為控制系統(tǒng)平臺，提供了一個開放的研究平臺。該系統(tǒng)主體由一個小型三軸轉(zhuǎn)臺、控制箱和控制用計算機組成，配備有導引頭-十字靶標模塊、慣性測量單元模塊、帶舵機和尾翼的超小型導彈模型模塊等三個可供選擇模塊。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖實驗設(shè)備實驗設(shè)備1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 臺臺小型三自由度轉(zhuǎn)臺小型三自由度轉(zhuǎn)臺 該轉(zhuǎn)臺是一種教學用測試飛行仿真臺。 由機械臺體與測控系統(tǒng)兩大部分組成，臺體采用 U-U-T 結(jié)構(gòu)形式。具有 位置、速率、搖擺和仿真運動功能 ；可用于各類飛行器目標特性（天線、光學）飛

2、行控制系統(tǒng)仿真試驗。 轉(zhuǎn)臺的3個軸均采用直流力矩電機+增量式光電編碼器控制。 外環(huán)(X軸):H90LYX03，編碼器為10000線。 中環(huán)(Y軸):H70LYX01，編碼器為10000線。 內(nèi)環(huán)(Z軸):45LYX02 ，編碼器為10000線。 2導引頭導引頭(攝像頭攝像頭)實驗設(shè)備實驗設(shè)備v感光元件：CMOS 元件象素：500萬 v最大幀頻：60FPS 鏡頭：高清五玻鏡頭 v對焦方式：手動 對焦范圍：30mm-無限遠v傳輸接口：USB2.0 v產(chǎn)品特性：內(nèi)置有弱光增益技術(shù) 3慣性測量單元慣性測量單元 實驗設(shè)備實驗設(shè)備v 慣性測量單元采用ANGLOG DEVICES公司的IMU組件ADIS16

3、365。 三軸陀螺儀ADIS16365vADIS16365 Sensor是一款完整的三軸陀螺儀與三軸加速計慣性檢測系統(tǒng)。這款傳感器結(jié)合了ADI公司的MEMS和混合信號處理技術(shù)，提供校準的數(shù)字慣性檢測，是高集成度的解決方案。v通過SPI端口可以訪問下列嵌入式傳感器： X、Y和Z軸角速率；X、Y和Z軸線性加速度；內(nèi)部溫度；電源；以及輔助模擬輸入。慣性傳感器在各個軸上執(zhí)行精度對準，并對失調(diào)和靈敏度進行校準。 4導彈模型導彈模型 實驗設(shè)備實驗設(shè)備導彈模型REI-MISSSILEv本導彈模型共有4個(2對)尾翼，尾翼角度可調(diào)整，由2個舵機進行控制。v控制尾翼的舵機采用串口發(fā)送命令方式進行控制。舵機旋轉(zhuǎn)角

4、度范圍為0180。v舵機由舵機專用控制板進行控制，每塊舵機板能同時控制多達16路舵機，本實驗系統(tǒng)控制導彈尾翼的舵機分別連接控制板的第一路和第二路。移動靶標模塊REI-DRONEv靶標的移動部分采用極坐標運動方式，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)采用步進電機驅(qū)動，半徑變化采用線型LED亮度變化來實現(xiàn)。v靶標采用LED進行導引頭識別，可以通過串口發(fā)送命令控制點亮任一LED。v步進電機步進角為1.8，驅(qū)動器進行200細分。即發(fā)送40000脈沖步進電機旋轉(zhuǎn)一圈。運動控制器ADT-8940A1vADT-8940A1運動控制卡，是基于PCI總線的高性能四軸伺服/步進控制卡，一個系統(tǒng)中可支持多達16塊控制卡，可控制64路伺服/步進

5、電機，支持即插即用，采用脈沖輸出方式。v一塊ADT-8940A1卡有二個輸入/輸出接口，其中J1為62針插座，J2為37針插座。J1為X、Y、Z、A軸的脈沖輸出、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出OUT0-OUT11的信號接線；J2為X、Y、Z、A軸的編碼器輸入和開關(guān)量輸入的信號接線，以及開關(guān)量輸出OUT12-OUT15信號的接線 。v分別用62PIN線和37PIN線將運動控制卡(插在PC機的PCI插槽中)與控制柜連接起來。v可使用運動控制卡的DEMO程序來測試運動控制卡的各項功能。電機驅(qū)動器MLDS3810v 系統(tǒng)選用的伺服驅(qū)動是MLDS3810直流伺服驅(qū)動器。v 接收來自ADT-8940A1運動控制卡

6、的PWM和DIR控制信號。v 控制模式有三種：速度模式、位置模式以及采用步進模式。本系統(tǒng)采用步進模式。v 可通過串口，采用伺服運控管理系統(tǒng)來進行參數(shù)修改。實驗目的實驗目的了解本實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、工作原理了解本實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、工作原理 1通過實驗，使學生加深對導彈姿態(tài)運動特性的理解通過實驗，使學生加深對導彈姿態(tài)運動特性的理解 2自動改變目標點的位置，實現(xiàn)實時自動跟蹤自動改變目標點的位置，實現(xiàn)實時自動跟蹤實驗要求實驗要求 認真閱讀實驗指導書認真閱讀實驗指導書1 認真按著實驗的方法、步驟進行實驗認真按著實驗的方法、步驟進行實驗2 能夠獨立操作陀螺的基本特性實驗能夠獨立操作陀螺的基本特性實驗3

7、寫出實驗心得體會及實驗報告寫出實驗心得體會及實驗報告注意事項注意事項v使用前請仔細檢查連線。v跟蹤過程中在讓靶標運動過程中，最好靶標速度不要超過20度每秒。LED燈變化速率要大于0.8秒。v控制柜應該保持良好接地，實驗室場地必須提供接地良好的電源輸入。v 遵循“先弱電、后強電”的步驟，開機時先開啟PC電源，再開啟控制箱的電源；關(guān)機的順序相反。v 在轉(zhuǎn)臺控制箱電源打開的情況下，不要打開控制箱，不要帶電操作。此種情況可能會導致灼傷或觸電。v 伺服上電操作后，轉(zhuǎn)臺已經(jīng)處于待運動狀態(tài)，任何非法操作，都可能引起轉(zhuǎn)臺的運動。因此在系統(tǒng)上電以前，請確認所有人員均不在轉(zhuǎn)臺工作空間范圍內(nèi)。v 在系統(tǒng)動作時，所有

8、人員不得進入系統(tǒng)的運動范圍內(nèi)。v 使用控制軟件操作轉(zhuǎn)臺時，應該確保在發(fā)生緊急情況時能夠快速通過控制箱上急停按鈕切斷電機電源。v 任何實驗開始之前轉(zhuǎn)臺一定要先進行回零動作!v 在進行系統(tǒng)連線、拆卸與安裝前，必須關(guān)閉系統(tǒng)所有電源。v 系統(tǒng)運行時嚴禁將手或身體的其他部位伸入轉(zhuǎn)臺運動部分。v 攝像頭不用時，鏡頭蓋要蓋上實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容上一頁上一頁下一頁下一頁目錄頁目錄頁說明說明 精確制導精確制導精確制導系統(tǒng)由導引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中，導引系統(tǒng)精確制導系統(tǒng)由導引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中，導引系統(tǒng)一般包括探測設(shè)備和計算變換設(shè)備。其功能是測量制導武器一般包括探測設(shè)備和計算變換設(shè)備。其功能是測量制導武器與

9、目標的相對位置和速度與目標的相對位置和速度,計算出實際飛行彈道與理論彈道的計算出實際飛行彈道與理論彈道的偏差，給出消除偏差的指令。而控制系統(tǒng)則通常由敏感設(shè)備、偏差，給出消除偏差的指令。而控制系統(tǒng)則通常由敏感設(shè)備、綜合設(shè)備、放大變換裝置和執(zhí)行機構(gòu)綜合設(shè)備、放大變換裝置和執(zhí)行機構(gòu)(伺服機構(gòu)伺服機構(gòu))組成。其功組成。其功能是根據(jù)導引系統(tǒng)給出的制導指令和制導武器的姿態(tài)參數(shù)形能是根據(jù)導引系統(tǒng)給出的制導指令和制導武器的姿態(tài)參數(shù)形成綜合控制信號，再由執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整控制制導武器的運動或成綜合控制信號，再由執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整控制制導武器的運動或姿態(tài)直至其命中目標。姿態(tài)直至其命中目標。精確制導系統(tǒng)組成精確制導系統(tǒng)組成導引

10、頭跟蹤目標模擬實驗原理 實驗步驟 v 1、檢查電源線、數(shù)據(jù)線是否安裝正確。v 2、將攝像頭用螺絲固定在內(nèi)環(huán)上，將攝像頭的USB線連接至PC機的USB口。v 2、用串口延長線(直連線)將控制柜后面控制LED燈的串口與PC機的串口(COM1口)連接。v 3、將背景布布置在靶標的后面。v 4、打開控制箱后面板的電源總開關(guān)。打開電控箱電源，解除急停，按下啟動按鈕。半旋轉(zhuǎn)按下控制箱前面板的系統(tǒng)上強電按鈕（右邊紅色按鈕），此時紅色指示燈亮，然后按下電機上伺服按鈕（下邊綠色按鈕），此時綠色指示燈亮。v 5、啟動計算機，運行MATLAB軟件，在C:MATLAB7workReinovo_Matlab下，點擊運行

11、Reinovo_PT.fig，則彈出控制界面圖控制柜接口定義實驗步驟 現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試圖實驗界面主界面實驗步驟 v 6、點擊“視覺跟蹤系統(tǒng)”按鈕就可以進入該實驗的控制界面。v 7、各個實驗每次實驗前都需要先初始化。主界面的左上角菜單項包括FILE和TOOL。TOOL子菜單用來初始化系統(tǒng)硬件，點擊TOOL菜單，按照順序依次單擊：運動控制卡初始化；視頻攝像頭初始化；LED燈初始化。實驗步驟 v8、轉(zhuǎn)臺工作之前都需要進行回零操作。使點亮的LED剛好位于圖像的中心位置。若點亮的LED燈不是第24號燈，可以用 運動運動DEMO程序控制第24號LED燈點亮。v9、若回零后攝像頭不是正對著第24號LED燈(這樣

12、可以保證點亮的LED剛好位于圖像的中心位置)，可以修改回零時遇到限位開關(guān)后各個軸的相對偏移量。v10、點擊 LED變化變化 ，點擊“靶標移動”按鈕，選擇靶標靜止狀態(tài)。點擊“開始跟蹤開始跟蹤”按鈕，程序?qū)⒏橪ED變化，始終保持點亮的LED燈位于圖像的中心位置。實驗步驟 v 11、在控制方式選擇模塊中對LED燈進行設(shè)置，在LED框輸入任意一要點亮的燈號（148），比如“3”號燈，點擊“LED”按鈕，3號燈就被點亮。再點擊“開始跟蹤”按鈕，系統(tǒng)開始遵循控制方案讓轉(zhuǎn)臺跟蹤目標點運動。 v 注：LED燈起始燈號為24號燈，LED變化速率為1秒（應不小于最小值1秒）。可以看到左邊的坐標軸中會顯示當前攝像

13、機返回的圖像，可以看見目標點。坐標圖像顯示區(qū)域則顯示目標實時位置，觀察圖中曲線走勢，綠色為俯仰角度，紅色為偏航角度。v 12、在控制方式選擇模塊中對靶標進行設(shè)置。點擊“靶標移動”按鈕，選擇靶標移動狀態(tài)。靶標順時針方向旋轉(zhuǎn)，靶標轉(zhuǎn)動速度設(shè)定在1度每秒（不超過最大值15度每秒）。點擊“LED”按鈕，再點擊“開始跟蹤”按鈕，系統(tǒng)開始遵循控制方案跟蹤目標點運動。v 實驗結(jié)束，關(guān)閉程序，關(guān)閉電控箱，最后關(guān)閉主機。認真完成實驗并提交實驗報告。實驗效果圖 實驗原理v導彈的飛行姿態(tài)和動態(tài)特性可以由三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺來模擬。三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺的空間結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-8-5所示，此時三個軸是相互正交關(guān)系。三個軸由外至

14、里依次是：方位軸(a)、俯仰軸(e)和橫滾軸(r)，橫滾軸框架固定在俯仰軸框架內(nèi)，俯仰軸框架固定在方位軸框架內(nèi)。方位軸的運動用來模擬導彈的偏航運動，俯仰軸的運動用來模擬導彈的俯仰運動，橫滾軸的運動用來模擬導彈的滾轉(zhuǎn)運動。這樣，三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺就實現(xiàn)了對導彈姿態(tài)運動動態(tài)特性的模擬。 圖5-11 三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖實驗步驟 v 1、檢查電源線、數(shù)據(jù)線是否安裝正確。v 2、將攝像頭用螺絲固定在內(nèi)環(huán)上，將攝像頭的USB線連接至PC機的USB口。v 2、用串口延長線(直連線)將控制柜后面控制LED燈的串口與PC機的串口(COM1口)連接。v 3、將背景布布置在靶標的后面。v 4、打開控制箱后面板

15、的電源總開關(guān)。打開電控箱電源，解除急停，按下啟動按鈕。半旋轉(zhuǎn)按下控制箱前面板的系統(tǒng)上強電按鈕（右邊紅色按鈕），此時紅色指示燈亮，然后按下電機上伺服按鈕（下邊綠色按鈕），此時綠色指示燈亮。v 5、啟動計算機，運行MATLAB軟件，在C:MATLAB7workReinovo_Matlab下，點擊運行Reinovo_PT.fig，則彈出控制界面圖。實驗步驟 主界面實驗步驟 v點擊“運動DEMO”按鈕就可以進入該實驗的控制界面 實驗步驟 v 7、各個實驗每次實驗前都需要先初始化。主界面的左上角菜單項包括FILE和TOOL。TOOL子菜單用來初始化系統(tǒng)硬件，點擊TOOL菜單，按照順序依次單擊：運動控制卡初始化；視頻攝像頭初始化；LED燈初始化。v 8、轉(zhuǎn)臺工作之前都需要進行回零操作。使點亮的LED剛好位于圖像的中心位置。若點亮的LED燈不是第24號燈，可以用 運動DEMO程序控制第24號LED燈點亮。v9、在控制方式選擇模塊中對步進電機進行設(shè)定，輸入10